1800年，英國的天文學(xué)家William Herschel用分光棱鏡將太陽光分解為從紅色到紫色的單色光，依次測量不同顏色光的熱效應(yīng)。他發(fā)現(xiàn)當(dāng)水銀溫度計移到紅色光邊界以外溫度反而比紅光區(qū)更高。
后證明，太陽光譜中，紅光的外側(cè)必定存在看不見的光線，這就是紅外光。紅外光的波長就在760nm到1.4mm之間。
那么，紅外光與熱成像，究竟是什么關(guān)系呢？
01熱成像原理
其實，自然界中的一切物體，只要它的溫度高于絕對溫度（-273°C）就存在分子和原子的無規(guī)則運(yùn)動，其表面就會不斷地輻射出紅外光。熱成像，則主要采集熱紅外波段（8μm-14μm）的紅外光，從而探測物體發(fā)出的熱輻射。探測到熱輻射后，再轉(zhuǎn)化為灰度值，利用各物體的灰度值差異來成像，從而發(fā)現(xiàn)和識別目標(biāo)。
02熱成像攝像機(jī)介紹
基于以上的熱成像成像原理，熱成像攝像機(jī)就運(yùn)用而生了。和普通攝像機(jī)原理類似，熱輻射相當(dāng)于可見光，先通過鏡頭到探測器，在處理圖像，最后輸出碼流，形成可供人眼觀察的視頻圖像，如下圖：
熱成像工作原理
在整個成像過程中，熱成像鏡頭和紅外探測器，是熱成像攝像機(jī)的重要部件。
熱成像鏡頭：
熱成像鏡頭用的是鍺鏡頭，高純鍺單晶具有高的折射系數(shù)，可以把可見光和紫外光擋在外面，只讓紅外光通過。
紅外探測器：
熱成像探測器分為制冷型探測器和非制冷型探測器。
制冷型設(shè)備靈敏度高、響應(yīng)速度快、圖像清晰，但是需要進(jìn)行低溫制冷，導(dǎo)致體積較大且價格昂貴。一般應(yīng)用于軍事行業(yè)。
非制冷型設(shè)備靈敏度略低，但基本符合民用要求，且無需低溫制冷，價格只有制冷型設(shè)備的十分之一到幾分之一。目前，主流非制冷型探測器一般采用氧化釩或者多晶硅。
視場角：
以鏡頭為頂點，以被測目標(biāo)的物像可通過鏡頭的最大范圍的兩條邊緣構(gòu)成的夾角，稱為視場角。
視場角定義
視場角與焦距的關(guān)系：一般情況下，視場角越大，焦距就越短。
視場角與焦距的關(guān)系
分辨率：
探測器分辨率是衡量探測器優(yōu)劣的重要參數(shù)，表示探測器焦平面上有多少個單位探測元。
目前主流的分辨率有160×120、384×288、640×512、1024x768等。其他條件不變的情況下，分辨率越高，則成像越清晰。
空間分辨率：
空間分辨率（IFOV）是指圖像中可辨認(rèn)的臨界物體空間幾何長度的最小極限，即對細(xì)微結(jié)構(gòu)的分辨率。IFOV一般由像元尺寸(d)與焦距(f)的比值得出，即IFOV=d/f，比如，熱成像設(shè)備焦平面的像元尺寸為17μm，配100mm焦距鏡頭，則其FOV=17/100=0.17mrad。單位距離相同時，IFOV 越小，單個像元所能檢測的面積越小，單位測量面積上由更多的像素所組成，圖像呈現(xiàn)的細(xì)節(jié)越多，成像越清晰。
NETD（噪聲等效溫差）：
NETD也稱為熱靈敏度，是設(shè)備從背景中精確分辨出目標(biāo)輻射的最小溫度差異的能力。例如：NETD≤30mk（@25°C,F#=1.0），表示假設(shè)被測物的表面溫度為25℃，紅外熱像儀能探測到的最小的溫度變化為0.03℃。所以，在一定程度上，NETD值越小，圖像質(zhì)量越好。其重要性相當(dāng)于可見光的信噪比。
后證明，太陽光譜中，紅光的外側(cè)必定存在看不見的光線，這就是紅外光。紅外光的波長就在760nm到1.4mm之間。
那么，紅外光與熱成像，究竟是什么關(guān)系呢？
01熱成像原理
其實，自然界中的一切物體，只要它的溫度高于絕對溫度（-273°C）就存在分子和原子的無規(guī)則運(yùn)動，其表面就會不斷地輻射出紅外光。熱成像，則主要采集熱紅外波段（8μm-14μm）的紅外光，從而探測物體發(fā)出的熱輻射。探測到熱輻射后，再轉(zhuǎn)化為灰度值，利用各物體的灰度值差異來成像，從而發(fā)現(xiàn)和識別目標(biāo)。
02熱成像攝像機(jī)介紹
基于以上的熱成像成像原理，熱成像攝像機(jī)就運(yùn)用而生了。和普通攝像機(jī)原理類似，熱輻射相當(dāng)于可見光，先通過鏡頭到探測器，在處理圖像，最后輸出碼流，形成可供人眼觀察的視頻圖像，如下圖：
熱成像工作原理
在整個成像過程中，熱成像鏡頭和紅外探測器，是熱成像攝像機(jī)的重要部件。
熱成像鏡頭：
熱成像鏡頭用的是鍺鏡頭，高純鍺單晶具有高的折射系數(shù)，可以把可見光和紫外光擋在外面，只讓紅外光通過。
紅外探測器：
熱成像探測器分為制冷型探測器和非制冷型探測器。
制冷型設(shè)備靈敏度高、響應(yīng)速度快、圖像清晰，但是需要進(jìn)行低溫制冷，導(dǎo)致體積較大且價格昂貴。一般應(yīng)用于軍事行業(yè)。
非制冷型設(shè)備靈敏度略低，但基本符合民用要求，且無需低溫制冷，價格只有制冷型設(shè)備的十分之一到幾分之一。目前，主流非制冷型探測器一般采用氧化釩或者多晶硅。
視場角：
以鏡頭為頂點，以被測目標(biāo)的物像可通過鏡頭的最大范圍的兩條邊緣構(gòu)成的夾角，稱為視場角。
視場角定義
視場角與焦距的關(guān)系：一般情況下，視場角越大，焦距就越短。
視場角與焦距的關(guān)系
分辨率：
探測器分辨率是衡量探測器優(yōu)劣的重要參數(shù)，表示探測器焦平面上有多少個單位探測元。
目前主流的分辨率有160×120、384×288、640×512、1024x768等。其他條件不變的情況下，分辨率越高，則成像越清晰。
空間分辨率：
空間分辨率（IFOV）是指圖像中可辨認(rèn)的臨界物體空間幾何長度的最小極限，即對細(xì)微結(jié)構(gòu)的分辨率。IFOV一般由像元尺寸(d)與焦距(f)的比值得出，即IFOV=d/f，比如，熱成像設(shè)備焦平面的像元尺寸為17μm，配100mm焦距鏡頭，則其FOV=17/100=0.17mrad。單位距離相同時，IFOV 越小，單個像元所能檢測的面積越小，單位測量面積上由更多的像素所組成，圖像呈現(xiàn)的細(xì)節(jié)越多，成像越清晰。
NETD（噪聲等效溫差）：
NETD也稱為熱靈敏度，是設(shè)備從背景中精確分辨出目標(biāo)輻射的最小溫度差異的能力。例如：NETD≤30mk（@25°C,F#=1.0），表示假設(shè)被測物的表面溫度為25℃，紅外熱像儀能探測到的最小的溫度變化為0.03℃。所以，在一定程度上，NETD值越小，圖像質(zhì)量越好。其重要性相當(dāng)于可見光的信噪比。
